ES3049583T3

ES3049583T3 - Method for inspecting surfaces and interfaces of high voltage cable components

Info

Publication number: ES3049583T3
Application number: ES22306208T
Authority: ES
Inventors: Espen Doedens; Nes Endre Verlo
Original assignee: Nexans SA
Current assignee: Nexans SA
Priority date: 2022-08-10
Filing date: 2022-08-10
Publication date: 2025-12-17
Anticipated expiration: 2042-08-10
Also published as: EP4610637A2; EP4321838A1; US20260092773A1; US20240068806A1; EP4610637A3; EP4610636A3; EP4610636A2; US12560426B2; EP4321838B1; EP4321838C0

Abstract

Un método y un sistema para inspeccionar superficies o interfaces de componentes de cables de alta y media tensión comprende la captura y el almacenamiento de datos tridimensionales de medición de la geometría de la superficie de un área de interés del cable o componente de cable mediante el desplazamiento de un escáner de superficie 3D sobre el cable. Los datos tridimensionales de medición de la geometría de la superficie se inspeccionan para determinar la suavidad de la superficie escaneada, y dicha suavidad se compara con los datos umbral para generar un informe de calidad de la superficie escaneada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)A method and system for inspecting surfaces or interfaces of high- and medium-voltage cable components comprises capturing and storing three-dimensional measurement data of the surface geometry of an area of interest on the cable or cable component by moving a 3D surface scanner over the cable. The three-dimensional surface geometry measurement data is inspected to determine the smoothness of the scanned surface, and this smoothness is compared to threshold data to generate a scanned surface quality report.

Description

[0001] DESCRIPCIÓN[0001] DESCRIPTION

[0003] Método para inspeccionar superficies e interfaces de componentes de cables de alto voltaje[0003] Method for inspecting surfaces and interfaces of high voltage cable components

[0005] Campo técnico[0005] Technical field

[0007] La presente invención se refiere a cables de alto voltaje y medio voltaje, en particular a un método para inspeccionar superficies y/o interfaces de componentes de cables de alto voltaje y/o medio voltaje.[0007] The present invention relates to high voltage and medium voltage cables, in particular to a method for inspecting surfaces and/or interfaces of high voltage and/or medium voltage cable components.

[0009] Antecedentes[0009] Background

[0011] Un cable de alto voltaje (HV) y medio voltaje (MV) se utiliza para la transmisión de energía eléctrica a media y alto voltaje, por ejemplo, por encima de 1000 V. Dichos cables incluyen un conductor y un aislamiento. El aislamiento puede consistir en polímeros o polietileno, incluido caucho de etileno propileno (EPR) y polietileno entrecruzado (XLPE). En los lados interior y exterior del aislamiento hay capas semiconductoras fusionadas al aislamiento. Las capas semiconductoras evitan que se formen cavidades llenas de aire entre los conductores metálicos y el dieléctrico, de modo que no puedan producirse pequeñas descargas eléctricas que pongan en peligro el material aislante. El aislamiento suele estar cubierto también por una pantalla de alambre de cobre o aluminio, o una cubierta de plomo, aluminio o cobre, o combinaciones de estos. A esta pantalla o cubierta metálica le sigue una cubierta exterior polimérica (por ejemplo, PE o PVC).[0011] A high-voltage (HV) and medium-voltage (MV) cable is used for the transmission of electrical power at medium and high voltages, for example, above 1000 V. Such cables include a conductor and insulation. The insulation may consist of polymers or polyethylene, including ethylene propylene rubber (EPR) and cross-linked polyethylene (XLPE). Semiconducting layers are fused to the insulation on the inner and outer sides. These semiconducting layers prevent air-filled cavities from forming between the metallic conductors and the dielectric, thus preventing small electrical discharges that could damage the insulating material. The insulation is usually also covered by a copper or aluminum wire screen, or a sheath of lead, aluminum, or copper, or combinations thereof. This metallic screen or sheath is followed by an outer polymeric jacket (for example, PE or PVC).

[0013] Los cables se fabrican en líneas de fabricación de cables mediante extrusión. El control de calidad y el cumplimiento de las especificaciones del producto son muy importantes en la producción de cables. Una falla debido a una ruptura dieléctrica en el cable de HV puede provocar un corte en el suministro eléctrico. Por ejemplo, los cables de alto voltaje se utilizan para conexiones de larga distancia para distribución de energía y transmisión de energía. La calidad de fabricación se supervisa durante la operación de la línea de fabricación de cables para garantizar la calidad del producto final. El producto final suele ser un montaje que incluye tramos de cable conectados entre sí, así como dispositivos conectados, como terminaciones, terminaciones GIS, uniones asimétricas, uniones de HV o MV, terminaciones de MV, terminaciones de conectores de MV, etc.[0013] Cables are manufactured on cable production lines using extrusion. Quality control and adherence to product specifications are crucial in cable production. A failure due to dielectric breakdown in high-voltage (HV) cable can lead to a power outage. For example, high-voltage cables are used for long-distance power distribution and transmission connections. Manufacturing quality is monitored throughout the cable production line to ensure the quality of the final product. The final product is typically an assembly that includes interconnected cable sections and connected devices such as terminations, GIS terminations, asymmetrical splices, HV or MV splices, MV terminations, MV connector terminations, etc.

[0014] Los aisladores y espaciadores utilizados en montajes de HV y montajes de MV, como aisladores epóxicos, carcasas de terminación (posiblemente con protectores contra la lluvia) y otros espaciadores aislantes que proporcionan una conexión mecánica entre alto voltaje y tierra en productos de cable de HV, están sujetos a tensión eléctrica. Esta tensión eléctrica puede estar orientada tangencialmente, perpendicularmente o una combinación de ellas, a la superficie de dichos componentes. Cualquier defecto, protuberancia, irregularidades en esta superficie puede obstaculizar el rendimiento eléctrico a largo plazo del componente, mediante una mejora del campo localizado que puede provocar una descarga disruptiva desde/hacia las superficies adyacentes o a lo largo de la superficie del componente. Por lo tanto, el control de calidad (QC) de dichas superficies es esencial.[0014] Insulators and spacers used in HV and MV assemblies, such as epoxy insulators, termination housings (possibly with rain guards), and other insulating spacers that provide a mechanical connection between high voltage and earth in HV cable products, are subject to electrical stress. This electrical stress may be oriented tangentially, perpendicularly, or a combination thereof, to the surface of these components. Any defects, protrusions, or irregularities on this surface can impair the long-term electrical performance of the component by enhancing the localized field, which can lead to disruptive discharge to/from adjacent surfaces or along the surface of the component. Therefore, quality control (QC) of these surfaces is essential.

[0016] Los electrodos de HV, como toroides, anillos de clasificación utilizados en componentes/aparatos de HV, así como electrodos dentro de montajes aislados con aceite o dentro de tableros de distribución aislados con gas (GIS), requieren un acabado de superficie de alta calidad, ya que cualquier protuberancia presente en las superficies puede inicializar descargas locales y/o globales, que en última instancia pueden provocar una falla del sistema. Estos electrodos se pueden posicionar en el potencial de HV, en el potencial flotante o en el potencial de tierra y, por lo tanto, suelen presentar campos eléctricos perpendiculares a la superficie, de modo que cualquier forma irregular o protuberancia puede crear una mejora del campo local y, por lo tanto, presentarse como un punto débil.[0016] High-voltage (HV) electrodes, such as toroids, sorting rings used in HV components/apparatus, as well as electrodes within oil-insulated assemblies or gas-insulated switchgear (GIS), require a high-quality surface finish, as any protrusions on the surfaces can initiate local and/or global discharges, which can ultimately lead to system failure. These electrodes may be positioned at the HV potential, the floating potential, or the ground potential and therefore typically exhibit electric fields perpendicular to the surface, so any irregular shape or protrusion can create a local field enhancement and thus present itself as a weak point.

[0018] Controlar este acabado superficial es un proceso costoso y que requiere mucho tiempo; y para muchos de estos electrodos falta un procedimiento de control de calidad rápido, preciso y rentable que garantice que el acabado superficial y la geometría estén de acuerdo con las especificaciones.[0018] Controlling this surface finish is a costly and time-consuming process; and for many of these electrodes, a fast, accurate, and cost-effective quality control procedure is lacking to ensure that the surface finish and geometry are in accordance with specifications.

[0020] Los electrodos utilizados en componentes/aparatos/dispositivos de cables de HV llenos de gas o aceite requieren un acabado de superficie de alta calidad, ya que cualquier nivel superior de rugosidad de la superficie puede reducir el rendimiento eléctrico y la durabilidad eléctrica del sistema. Estos electrodos se pueden ubicar en el potencial de HV, en el potencial flotante o en el potencial de tierra y, por lo tanto, generalmente presentan un campo eléctrico perpendicular a la superficie, de modo que cualquier rugosidad puede crear una mejora del campo local en varios lugares en todas las asperezas rugosas, lo que reduce el rendimiento eléctrico a través de mayores corrientes de fuga y menor resistencia a la ruptura.[0020] Electrodes used in gas- or oil-filled HV cable components/apparatus/devices require a high-quality surface finish, as any increased surface roughness can reduce the electrical performance and durability of the system. These electrodes may be located at HV potential, floating potential, or ground potential and therefore generally present an electric field perpendicular to the surface. Consequently, any roughness can create a localized field enhancement at various points along the roughened surface, reducing electrical performance through increased leakage currents and lower breakdown resistance.

[0022] Para controlar este acabado superficial, cuando las piezas son mecanizadas y suministradas por proveedores externos, es muy importante garantizar que (a menudo en los dibujos) el fabricante de las piezas cumpla con los niveles especificados de suavidad de la superficie.[0022] To control this surface finish, when parts are machined and supplied by external providers, it is very important to ensure that (often in the drawings) the parts manufacturer meets the specified levels of surface smoothness.

[0024] El control de calidad tradicional de los niveles de rugosidad en la superficie de dichas piezas de electrodos comprende el uso de mediciones de rugosidad con aguja mecánica en 2d, ya que existen publicaciones científicas que muestran una correlación entre las corrientes y los resultados de las mediciones de rugosidad en 2d.[0024] Traditional quality control of surface roughness levels on these electrode pieces involves the use of 2D mechanical needle roughness measurements, as there are scientific publications showing a correlation between currents and the results of 2D roughness measurements.

[0025] Mientras que las mediciones con aguja 2d pueden evaluar los niveles de rugosidad, la perfilometría óptica proporciona resultados más precisos y de mayor resolución en tres dimensiones.[0025] While 2d needle measurements can assess roughness levels, optical profilometry provides more accurate and higher resolution results in three dimensions.

[0026] El control de calidad tradicional en la industria de alto voltaje implica la inspección por el ojo humano, lo que no representa una solución infalible. Otras pueden incluir alguna forma de prueba eléctrica que requiera energización de alto voltaje del componente, como la prueba de PD.[0026] Traditional quality control in the high-voltage industry involves inspection by the human eye, which is not a foolproof solution. Others may include some form of electrical testing that requires high-voltage energization of the component, such as PD testing.

[0027] El documento EP3901571 divulga un sistema y un método para determinar la calidad de una superficie del extremo de un cable de alto voltaje utilizando un escáner 3D. El método comprende mover un escáner de superficie sin contacto alrededor del extremo del cable, medir la distancia a la superficie sobre el área de la superficie midiendo secuencialmente una pluralidad de subáreas del área de la superficie, crear una medición continua de la geometría de la superficie en 3D de la superficie del extremo del cable y comparar, utilizando la medición continua de la geometría de la superficie en 3D con al menos un umbral de aceptación de la geometría de la superficie que determina la calidad de la superficie del extremo del cable de alto voltaje.[0027] EP3901571 discloses a system and method for determining the surface quality of a high-voltage cable end using a 3D scanner. The method comprises moving a non-contact surface scanner around the cable end, measuring the distance to the surface over the surface area by sequentially measuring a plurality of sub-areas of the surface area, creating a continuous measurement of the 3D surface geometry of the cable end surface, and comparing, using the continuous measurement of the 3D surface geometry, with at least one surface geometry acceptance threshold that determines the surface quality of the high-voltage cable end.

[0028] Otra situación relacionada es que los equipos de extrusión, como tornillos, moldes, matrices, etc., experimentan desgaste durante su vida útil y, por lo tanto, requieren mantenimiento de vez en cuando. Antes y después del mantenimiento, generalmente se deben evaluar dos partes del equipo:[0028] Another related situation is that extrusion equipment, such as screws, molds, dies, etc., experience wear and tear during their service life and therefore require maintenance from time to time. Before and after maintenance, two parts of the equipment should generally be evaluated:

[0029] • Acabado superficial (estado microgeométrico)[0029] • Surface finish (microgeometric state)

[0030] • Dimensiones generales como deformaciones, pequeñas piezas faltantes, defectos geométricos grandes, etc.[0030] • General dimensions such as deformations, small missing parts, large geometric defects, etc.

[0031] Realizar el seguimiento de dicho desgaste y evaluar la calidad del equipo después de la sesión de reparación de las formas geométricas complejas, a lo largo de múltiples sesiones de mantenimiento durante la vida útil de los componentes, puede ser un desafío.[0031] Tracking such wear and assessing the quality of the equipment after the repair session of complex geometric shapes, over multiple maintenance sessions during the lifetime of the components, can be challenging.

[0032] Tradicionalmente, la inspección visual suele ser realizada manualmente por los operadores. También se pueden tomar fotografías para inspección inmediata y para referencia posterior. No existen herramientas de inspección digital listas para usar para equipos de extrusión. El documento JP 2018 147803 A divulga un método de producción de cable, un método de inspección de cable y un dispositivo de inspección de apariencia de cable. El documento CN 106 225 737 B divulga un dispositivo de detección de irregularidades en la superficie de contacto de un cable y un método de detección correspondiente.[0032] Traditionally, visual inspection is usually performed manually by operators. Photographs may also be taken for immediate inspection and for later reference. There are no off-the-shelf digital inspection tools for extrusion equipment. JP 2018 147803 A discloses a cable production method, a cable inspection method, and a cable appearance inspection device. CN 106 225 737 B discloses a device for detecting irregularities on the contact surface of a cable and a corresponding detection method.

[0033] El documento US 2021/041375 A1 divulga un escáner de superficie, una disposición y un método para la detección de defectos de superficie de un cable.[0033] Document US 2021/041375 A1 discloses a surface scanner, arrangement, and method for detecting surface defects on a cable.

[0034] El artículo de Espen Doedens et al., titulado "Space Charge Accumulation at Material Interfaces in HVDC Cable Insulation Part I - Experimental Study and Charge Injection Hypothesis", Energies, vol. 13, No. 8, 17 de abril de 2020, página 2005, divulga mediciones de carga espacial que se llevaron a cabo en peladuras de aislamiento de cables para evaluar la inyección y acumulación de carga espacial en interfaces con distintos grados de rugosidad de superficie con el fin de mejorar la comprensión sobre este tema.[0034] The article by Espen Doedens et al., entitled "Space Charge Accumulation at Material Interfaces in HVDC Cable Insulation Part I - Experimental Study and Charge Injection Hypothesis", Energies, vol. 13, No. 8, April 17, 2020, page 2005, discloses space charge measurements that were carried out on cable insulation strips to evaluate space charge injection and accumulation at interfaces with varying degrees of surface roughness in order to enhance understanding of this topic.

[0035] El objetivo de la invención es proporcionar un método y un sistema para inspeccionar superficies y/o interfaces de componentes de cables de cables de HV y MV, tales como electrodos, aisladores y espaciadores.[0035] The objective of the invention is to provide a method and system for inspecting surfaces and/or interfaces of HV and MV cable components, such as electrodes, insulators, and spacers.

[0036] El objetivo de la invención se consigue mediante las reivindicaciones de la patente.[0036] The objective of the invention is achieved through the patent claims.

[0037] En las realizaciones ejemplares se muestran diversas características y detalles en combinación. El hecho de que se describan varias características con referencia a un ejemplo particular no debe interpretarse como que implica que esas características necesariamente tienen que incluirse juntas en todas las realizaciones de la invención.[0037] The exemplary embodiments show various features and details in combination. The fact that several features are described with reference to a particular example should not be interpreted as implying that those features must necessarily be included together in all embodiments of the invention.

[0038] Por el contrario, las características que se describen con referencia a diferentes realizaciones no deben interpretarse como mutuamente excluyentes. Como comprenderán fácilmente los expertos en la materia, el inventor ha contemplado realizaciones que incorporan cualquier subconjunto de características descritas en este documento y que no son expresamente interdependientes y son parte de la divulgación prevista. Sin embargo, las descripciones explícitas de todas estas realizaciones no contribuirían a la comprensión de los principios de la invención y, en consecuencia, se han omitido algunas permutaciones en aras de la simplicidad. El término "superficie" puede, en el contexto de esta descripción, significar cualquier superficie de un aislador de HV, como los aisladores/espaciadores epóxicos utilizados en sistemas GIS, cobertizos para lluvia en el exterior del extremo de sellado exterior (terminación) o el interior de la terminación.[0038] Conversely, the features described with reference to different embodiments should not be construed as mutually exclusive. As those skilled in the art will readily understand, the inventor has contemplated embodiments incorporating any subset of the features described herein that are not expressly interdependent and are part of the intended disclosure. However, explicit descriptions of all such embodiments would not contribute to an understanding of the principles of the invention, and accordingly, some permutations have been omitted for the sake of simplicity. The term "surface" may, in the context of this description, mean any surface of an HV insulator, such as epoxy insulators/spacers used in GIS systems, rain sheds on the outside of the outer sealing end (termination), or the inside of the termination.

[0039] "Superficie" también puede significar la superficie de cualquier electrodo de HV, como partes de electrodos utilizadas en aire, aceite o gas en posiciones dentro o cerca del aparato de HV donde la superficie del electrodo está sujeta a una alta intensidad de campo.[0039] "Surface" may also mean the surface of any HV electrode, such as parts of electrodes used in air, oil, or gas in positions within or near the HV apparatus where the electrode surface is subjected to a high field intensity.

[0041] Las piezas aislantes normalmente tienen dos superficies ("interior" y "exterior"), que están sometidas a una alta intensidad de campo a lo largo y ancho de la superficie. El objetivo es entonces escanear todo el componente para inspeccionarlo. La siguiente etapa es ejecutar un algoritmo de procesamiento posterior en los datos escaneados que detecta y resalta cualquier irregularidad para poder establecer un criterio de aprobación o no aprobación, así como también un informe de inspección. El algoritmo de procesamiento posterior se puede diseñar para determinar la orientación de los defectos con respecto a la tensión del campo tangencial. Luego, los datos escaneados durante todo el ciclo de vida del producto/pieza se pueden almacenar, lo que también permite su uso en modelos gemelos digitales basados en la física.[0041] Insulating parts typically have two surfaces ("inner" and "outer"), which are subjected to a high field intensity across their entire length and width. The goal is to scan the entire component for inspection. The next step is to run a post-processing algorithm on the scanned data that detects and highlights any irregularities, allowing for pass/fail criteria and an inspection report. The post-processing algorithm can be designed to determine the orientation of defects with respect to the tangential field stress. The scanned data collected throughout the product/part's lifecycle can then be stored, enabling its use in physics-based digital twin models.

[0043] Como ejemplo que no forma parte de la invención, durante el escaneo de superficies lisas, a menudo se utilizan marcadores 3D y/o pulverización de talco sobre la superficie durante el proceso de escaneo, respectivamente, para proporcionar un posicionamiento preciso y minimizar el deslumbramiento. Los marcadores 3D se utilizan para que el escáner realice un seguimiento de su ángulo y posición en relación con el objeto a medir, y son particularmente importantes cuando el objeto a escanear no tiene características geométricas, como un cable de alto voltaje (HV), una unión de cable o un extremo de cable. Al escanear cables de HV, estos marcadores 3D protegen los datos de medición ubicados debajo de estos marcadores 3D, lo que puede generar una inspección de superficie incompleta que puede causar defectos o desviaciones faltantes debajo de los marcadores. Además, para escanear los extremos de los cables de HV, los marcadores 3D (etiquetas engomadas) pueden dejar residuos de pegamento en la superficie, lo que puede provocar un rendimiento eléctrico deficiente del aparato posteriormente.[0043] As an example not part of the invention, during the scanning of smooth surfaces, 3D markers and/or talc spraying are often used on the surface during the scanning process, respectively, to provide accurate positioning and minimize glare. The 3D markers are used to help the scanner track its angle and position relative to the object being measured and are particularly important when the object being scanned lacks geometric features, such as a high-voltage (HV) cable, a cable splice, or a cable end. When scanning HV cables, these 3D markers shield the measurement data located beneath them, which can lead to an incomplete surface inspection and potentially result in missing defects or deviations below the markers. Furthermore, when scanning HV cable ends, the 3D markers (stickers) can leave adhesive residue on the surface, which can subsequently lead to poor electrical performance of the device.

[0045] Esto no es ideal y por lo tanto es necesario contar con estrategias para evitarlo.[0045] This is not ideal and therefore it is necessary to have strategies to avoid it.

[0047] Ejemplos de tales estrategias que no forman parte de la invención son:[0047] Examples of such strategies that are not part of the invention are:

[0049] • Utilización de escáner con tecnología láser azul que no requiere pulverización de talco.[0049] • Use of scanner with blue laser technology that does not require talc spraying.

[0051] • Utilizando marcadores 3D adhesivos o magnéticos cuyas posiciones en la superficie se desplazan a la mitad del proceso para que los datos debajo de estos marcadores se puedan incluir en la inspección.[0051] • Using adhesive or magnetic 3D markers whose positions on the surface are shifted halfway through the process so that data beneath these markers can be included in the inspection.

[0053] • Utilizando un escáner 3D que utiliza una cámara externa y marcadores 3D en el propio escáner para obtener la posición del escáner en relación con el objeto de prueba sin marcadores 3D en la superficie.[0053] • Using a 3D scanner that uses an external camera and 3D markers on the scanner itself to obtain the position of the scanner relative to the test object without 3D markers on the surface.

[0055] Una estrategia incluida en una realización de la invención comprende:[0055] A strategy included in an embodiment of the invention comprises:

[0057] • Utilizando marcadores 3D especializados JIG que montan los marcadores, posicionados cerca de la superficie, pero no sobre ella.[0057] • Using specialized 3D JIG markers that mount the markers, positioned close to the surface, but not on it.

[0059] Se puede colocar un dispositivo marcador 3D de este tipo o JIG alrededor del cable de HV. Un accesorio/jig marcador 3D debe cumplir con al menos algunos de los siguientes objetivos:[0059] A 3D marking device or jig of this type may be placed around the HV cable. A 3D marking accessory/jig must meet at least some of the following objectives:

[0061] • Tener suficiente resistencia mecánica para que haya un movimiento mínimo entre la estructura, los marcadores y el cable o muestra de cable dispuesta en ella, ya que cualquier movimiento durante el escaneo interferiría en la calidad de los datos.[0061] • Have sufficient mechanical strength so that there is minimal movement between the structure, the markers and the cable or cable sample placed on it, since any movement during scanning would interfere with the quality of the data.

[0063] • Incluir suficientes marcadores y una distribución óptima entre ellos para garantizar que varios marcadores sean siempre visibles desde todos los ángulos. Esto minimiza la posibilidad de perder la posición del escáner en relación con el objeto.[0063] • Include enough markers and an optimal distribution between them to ensure that several markers are always visible from all angles. This minimizes the possibility of losing the scanner's position relative to the object.

[0065] • Asegurar que haya una distancia óptima entre los marcadores y la superficie debajo para que ambos aparezcan dentro del intervalo y la línea de visión para diámetros de cable de entre 30-170 mm.[0065] • Ensure that there is an optimal distance between the markers and the surface below so that both appear within the interval and line of sight for cable diameters between 30-170 mm.

[0067] • Tener una apariencia de superficie negra mate en la superficie del accesorio para minimizar el deslumbramiento.[0067] • Have a matte black surface appearance on the surface of the accessory to minimize glare.

[0069] • Incluir caras planas para la fijación de los marcadores. Esto garantiza una fijación segura y evita la doble detección que puede ocurrir si un marcador está doblado y, por lo tanto, se interpreta como más de un marcador.[0069] • Include flat faces for attaching the markers. This ensures a secure attachment and prevents double detection that can occur if a marker is bent and therefore interpreted as more than one marker.

[0071] • Tener la máxima visibilidad a través de la óptica del escáner (que, por ejemplo, detecta desde 2 lentes con desplazamiento angular) para detectar un patrón láser proyectado sobre la superficie dentro del dispositivo.[0071] • Having maximum visibility through the scanner optics (which, for example, detects from 2 lenses with angular displacement) to detect a laser pattern projected onto the surface inside the device.

[0072] En una realización, un método para inspeccionar superficies y/o interfaces de componentes de cables de alto voltaje y/o medio voltaje, comprende:[0072] In one embodiment, a method for inspecting surfaces and/or interfaces of high-voltage and/or medium-voltage cable components comprises:

[0073] a) capturar y almacenar un conjunto de datos de medición de geometría de superficie tridimensionales, 3D de un área de interés de una superficie del componente de cable moviendo un escáner de superficie 3D sobre el área de interés, donde dispositivos que forman una estructura similar a un tubo están dispuestos alrededor de la superficie a escanear para capturar los datos de medición de geometría de superficie 3D, comprendiendo dichos dispositivos una red de estructuras hexagonales que proporcionan marcadores de posicionamiento; b) inspeccionar los datos de medición de la geometría de la superficie 3D capturados en la etapa a) para determinar la suavidad de la superficie escaneada por el escáner de superficie 3D, y[0073] a) capturing and storing a set of three-dimensional, 3D surface geometry measurement data of an area of interest of a cable component surface by moving a 3D surface scanner over the area of interest, wherein devices forming a tube-like structure are arranged around the surface to be scanned to capture the 3D surface geometry measurement data, said devices comprising a network of hexagonal structures providing positioning markers; b) inspecting the 3D surface geometry measurement data captured in step a) to determine the smoothness of the surface scanned by the 3D surface scanner, and

[0074] c) comparar la suavidad con los datos de umbral para proporcionar un informe de calidad de la superficie escaneada por el escáner de superficie 3D.[0074] c) compare the smoothness with the threshold data to provide a quality report of the surface scanned by the 3D surface scanner.

[0075] El área de interés puede ser la superficie de una subparte del componente del cable antes de ensamblar el componente del cable y/o cualquier superficie como se definió anteriormente.[0075] The area of interest may be the surface of a sub-part of the cable component before the cable component is assembled and/or any surface as defined above.

[0076] La inspección realizada en la etapa b) puede comprender la medición de la rugosidad de la superficie escaneada, la medición de irregularidades comprendidas en la superficie escaneada u otras características de una superficie que puedan ser de interés.[0076] The inspection carried out in step b) may include measuring the roughness of the scanned surface, measuring irregularities contained in the scanned surface, or other surface features that may be of interest.

[0077] Los datos de medición de la geometría de la superficie 3D se pueden representar mediante una nube de puntos de datos, es decir, una colección de puntos de datos que se pueden procesar posteriormente para proporcionar una representación del componente del cable.[0077] 3D surface geometry measurement data can be represented by a data point cloud, i.e., a collection of data points that can be further processed to provide a representation of the cable component.

[0078] En algunas realizaciones, la etapa a) se puede repetir, proporcionando varios conjuntos de mediciones de geometría de superficie 3D. Los conjuntos de mediciones de geometría de superficie 3D de cada etapa repetida se pueden combinar para obtener un mapa 3D completo de la sección dañada del cable.[0078] In some embodiments, step a) can be repeated, providing several sets of 3D surface geometry measurements. The sets of 3D surface geometry measurements from each repeated step can be combined to obtain a complete 3D map of the damaged cable section.

[0079] En una configuración, el método comprende identificar diferencias entre el área de interés de la superficie del componente del cable y un dibujo 3D del área de interés de la superficie del componente del cable comparando los datos de medición de la geometría de la superficie 3D del área de interés con el dibujo 3D del área de interés y marcar las diferencias en los datos de medición de la geometría de la superficie 3D para producir un mapa de desviación.[0079] In one configuration, the method comprises identifying differences between the area of interest of the cable component surface and a 3D drawing of the area of interest of the cable component surface by comparing the measurement data of the 3D surface geometry of the area of interest with the 3D drawing of the area of interest and marking the differences in the measurement data of the 3D surface geometry to produce a deviation map.

[0080] De acuerdo con la invención se proporciona un sistema para inspeccionar superficies y/o interfaces de componentes de cables de alto voltaje y/o medio voltaje. El sistema comprende en una realización:[0080] According to the invention, a system is provided for inspecting surfaces and/or interfaces of high-voltage and/or medium-voltage cable components. The system comprises, in one embodiment:

[0081] - un escáner de superficie sin contacto, para capturar al menos un conjunto de datos de medición de geometría de superficie 3D de un área de interés del componente de cable moviendo el escáner de superficie sin contacto sobre el componente de cable sobre el área de interés, donde dispositivos que forman una estructura similar a un tubo están dispuestos alrededor de la superficie a escanear para capturar los datos de medición de geometría de superficie 3D, comprendiendo dichos dispositivos una red de estructuras hexagonales que proporcionan marcadores de posicionamiento;[0081] - a non-contact surface scanner, for capturing at least one set of 3D surface geometry measurement data of an area of interest of the cable component by moving the non-contact surface scanner over the cable component over the area of interest, wherein devices forming a tube-like structure are arranged around the surface to be scanned to capture the 3D surface geometry measurement data, said devices comprising a network of hexagonal structures providing positioning markers;

[0082] - una unidad de memoria para almacenar múltiples datos de medición de geometría de superficie 3D del área de interés,[0082] - a memory unit for storing multiple 3D surface geometry measurement data of the area of interest,

[0083] - un procesador conectado al escáner de superficie sin contacto, configurado para inspeccionar los datos de medición de la geometría de la superficie 3D capturados para determinar la suavidad de la superficie escaneada por el escáner de superficie, y[0083] - a processor connected to the non-contact surface scanner, configured to inspect the captured 3D surface geometry measurement data to determine the smoothness of the surface scanned by the surface scanner, and

[0084] comparar la suavidad con los datos del umbral para proporcionar un informe de calidad de la superficie escaneada por el escáner de superficie.[0084] Compare smoothness with threshold data to provide a quality report of the surface scanned by the surface scanner.

[0085] En un ejemplo, además o como alternativa a los métodos y sistemas descritos anteriormente, se puede utilizar un perfilómetro óptico portátil o de laboratorio para escanear superficies, tal como la superficie de un electrodo. El uso de un perfilómetro óptico puede proporcionar puntos de datos X, Y, Z micrométricos o nanométricos de secciones de dominio de medición de unos pocos milímetros o posiblemente tan pequeños como 0.1 pm en electrodos metálicos recibidos de fabricantes de piezas. Posteriormente, los datos se procesan digitalmente y se pueden calcular los parámetros de rugosidad. Con base en los parámetros de rugosidad y/o cálculos adicionales realizados sobre los datos, se crea un criterio de aprobación o no aprobación para la pieza en cuestión, así como un informe de verificación de calidad.[0085] In one example, in addition to or as an alternative to the methods and systems described above, a portable or laboratory optical profilometer can be used to scan surfaces, such as the surface of an electrode. Using an optical profilometer can provide micrometric or nanometric X, Y, Z data points from measurement domain sections a few millimeters in size, or possibly as small as 0.1 pm, on metal electrodes received from part manufacturers. The data is then processed digitally, and roughness parameters can be calculated. Based on the roughness parameters and/or additional calculations performed on the data, a pass/fail criterion is established for the part in question, along with a quality verification report.

[0086] En un ejemplo, se proporciona un método para inspeccionar superficies de piezas y/o equipos para la fabricación de componentes de cables de alto voltaje y/o medio voltaje que comprende las siguientes etapas: a) capturar y almacenar un conjunto de datos de medición de geometría de superficie tridimensional (3D) de un área de interés de una superficie del componente de cable moviendo un escáner de superficie 3D sobre el área de interés, donde dispositivos que forman una estructura similar a un tubo están dispuestos alrededor de la superficie a escanear para capturar los datos de medición de geometría de superficie 3D, comprendiendo dichos dispositivos una red de estructuras hexagonales que proporcionan marcadores de posicionamiento; b) comparar los datos de medición de geometría de superficie 3D capturados de la etapa a) con un conjunto previamente almacenado de datos de medición de geometría de superficie 3D o un dibujo 3D de la pieza, y c) registrar cualquier diferencia en un informe de calidad de la superficie inspeccionada.[0086] In one example, a method is provided for inspecting surfaces of parts and/or equipment for the manufacture of high-voltage and/or medium-voltage cable components comprising the following steps: a) capturing and storing a set of three-dimensional (3D) surface geometry measurement data of an area of interest on a cable component surface by moving a 3D surface scanner over the area of interest, wherein devices forming a tube-like structure are arranged around the surface to be scanned to capture the 3D surface geometry measurement data, said devices comprising a network of hexagonal structures providing positioning markers; b) comparing the 3D surface geometry measurement data captured from step a) with a previously stored set of 3D surface geometry measurement data or a 3D drawing of the part; and c) recording any differences in a quality report of the inspected surface.

[0087] En una realización, el método comprende marcar las diferencias en la medición de la geometría de la superficie 3D para producir un mapa de desviación y/o almacenar los datos escaneados para la próxima vez que se deba realizar el mantenimiento de la pieza.[0087] In one embodiment, the method comprises marking the differences in the measurement of the 3D surface geometry to produce a deviation map and/or storing the scanned data for the next time the part needs to be serviced.

[0088] A continuación, se describirá la invención con más detalle mediante ejemplos y con referencia a las figuras. La Fig. 1 ilustra un ejemplo de una medición de la geometría de superficie 3D de una superficie de un cable. La Fig. 2 ilustra el extremo de un cable de alto voltaje.[0088] The invention will now be described in more detail by means of examples and with reference to the figures. Fig. 1 illustrates an example of a 3D surface geometry measurement of a cable surface. Fig. 2 illustrates the end of a high-voltage cable.

[0089] La Fig. 3 ilustra un ejemplo de un aislante epóxico.[0089] Fig. 3 illustrates an example of an epoxy insulator.

[0090] La Fig. 4 ilustra un ejemplo de un electrodo de HV dentro de un sistema GIS.[0090] Fig. 4 illustrates an example of an HV electrode within a GIS system.

[0091] La Fig. 5 ilustra un perfilómetro óptico.[0091] Fig. 5 illustrates an optical profilometer.

[0092] La Figura 6 ilustra un ejemplo de un mapa de altura resultante de un escaneo con perfilómetro óptico.[0092] Figure 6 illustrates an example of a height map resulting from an optical profilometer scan.

[0093] La Figura 7a y 7b ilustra ejemplos de un accesorio/jig 70, 71 para proporcionar marcadores de posicionamiento. La Fig. 1 es una ilustración esquemática de un sistema según la presente invención para escanear la superficie 5 y/o interfaces de componentes de cables de alto voltaje y/o medio voltaje, en este ejemplo un extremo 1 de cable. Los tamaños de los distintos objetos de la ilustración no están a escala. El sistema comprende un escáner 40 de superficie sin contacto. El escáner 40 de superficie sin contacto se puede dirigir a un área 45 de interés.[0093] Figures 7a and 7b illustrate examples of an accessory/jig 70, 71 for providing positioning markers. Figure 1 is a schematic illustration of a system according to the present invention for scanning the surface 5 and/or interfaces of high-voltage and/or medium-voltage cable components, in this example a cable end 1. The sizes of the various objects in the illustration are not to scale. The system comprises a non-contact surface scanner 40. The non-contact surface scanner 40 can be directed to an area 45 of interest.

[0094] En una realización, el escáner 40 de superficie sin contacto puede ser un escáner láser 3D.[0094] In one embodiment, the 40 non-contact surface scanner can be a 3D laser scanner.

[0095] El escáner también puede ser de otro tipo de escáneres de superficie sin contacto, por ejemplo, escáneres de línea blanca que utilizan líneas blancas proyectadas capaces de proyectar hasta 1,500,000 mediciones/s y/o 99 líneas de escaneo de luz blanca, u otros tipos de escáneres adecuados.[0095] The scanner may also be of another type of non-contact surface scanner, e.g., white line scanners using projected white lines capable of projecting up to 1,500,000 measurements/s and/or 99 white light scan lines, or other suitable types of scanners.

[0096] El escáner 40 de superficie sin contacto está dispuesto para medir la distancia a la superficie 5 del área de interés. En el ejemplo en la figura, el campo de visión del escáner de superficie sin contacto corresponde al área de interés, pero el área 45 de interés en la superficie 5 puede ser mayor o menor según el campo de visión 0 el área de escaneo del escáner 40 de superficie sin contacto. El campo de visión puede ser redondo, rectangular, lineal o de cualquier otra forma determinada por el escáner de superficie sin contacto. El escáner 40 de superficie sin contacto se puede mover alrededor del cable 1 de tal manera que la superficie 5 del cable 1 está cubierta por una pluralidad de subáreas para garantizar que se escanee toda el área de interés. El tamaño de la pluralidad de subáreas puede variar, por ejemplo, variando la distancia entre el escáner 40 de superficie sin contacto y el cable 1. En una realización, el escáner 40 de superficie sin contacto se puede mover libremente en cualquier dirección alrededor del cable 1, como un escáner láser 3D portátil.[0096] The non-contact surface scanner 40 is arranged to measure the distance to surface 5 of the area of interest. In the example shown, the field of view of the non-contact surface scanner corresponds to the area of interest, but the area 45 of interest on surface 5 can be larger or smaller depending on the field of view or the scanning area of the non-contact surface scanner 40. The field of view can be round, rectangular, linear, or any other shape determined by the non-contact surface scanner. The non-contact surface scanner 40 can be moved around cable 1 such that surface 5 of cable 1 is covered by a plurality of subareas to ensure that the entire area of interest is scanned. The size of the plurality of subareas can be varied, for example, by varying the distance between the non-contact surface scanner 40 and cable 1. In one embodiment, the non-contact surface scanner 40 can be moved freely in any direction around cable 1, like a portable 3D laser scanner.

[0097] El escáner 40 de superficie sin contacto debe conocer su posición y dirección en el espacio 3D, por ejemplo, reconociendo una pluralidad de marcadores (no mostrados) posicionados en la superficie 5. Sin embargo, tal ejemplo no es parte de la invención. En dicho ejemplo, los marcadores pueden ser pegatinas o pinzas estériles con patrones o marcadores específicos sobre ellas. Los marcadores darán como resultado áreas "NaN" (no es un número = vacío)[0097] The non-contact surface scanner 40 must know its position and direction in 3D space, for example, by recognizing a plurality of markers (not shown) positioned on surface 5. However, such an example is not part of the invention. In this example, the markers may be sterile stickers or tweezers with specific patterns or markers on them. The markers will result in "NaN" areas (not a number = empty).

[0098] debajo de ellos, sin embargo, se puede pausar el escaneo, reubicar los marcadores/abrazaderas y luego la medición también puede escanear el área debajo de los marcadores. Alternativamente, las áreas vacías pueden rellenarse con datos interpolados, donde la interpolación se basa en datos cercanos.[0098] Below them, however, the scan can be paused, the markers/clamps repositioned, and then the measurement can also scan the area below the markers. Alternatively, empty areas can be filled with interpolated data, where the interpolation is based on nearby data.

[0099] En otro ejemplo, que no es parte de la invención cuando no se utilizan marcadores, el escáner 40 de superficie sin contacto puede montarse en un accesorio o jig, por ejemplo, montable en un cable de HV, de modo que el escáner 40 de superficie sin contacto puede moverse hacia arriba/abajo y alrededor de la superficie 5 para llenar completamente el área de interés 5 con subáreas. De esta manera se puede evitar el uso de marcadores. A continuación, se describirá un ejemplo de dicho jig. En otras realizaciones, el escáner 40 de superficie sin contacto se puede disponer en un accesorio o jig, y el cable se puede mover con relación al escáner 40.[0099] In another example, which is not part of the invention when markers are not used, the non-contact surface scanner 40 can be mounted on an accessory or jig, for example, mountable on an HV cable, so that the non-contact surface scanner 40 can be moved up/down and around the surface 5 to completely fill the area of interest 5 with sub-areas. In this way, the use of markers can be avoided. An example of such a jig will be described below. In other embodiments, the non-contact surface scanner 40 can be arranged on an accessory or jig, and the cable can be moved relative to the scanner 40.

[0100] En algunos ejemplos, que no son parte de la invención, la geometría de la propia superficie escaneada puede utilizarse como referencia para la posición del propio escáner 40 de superficie sin contacto en el espacio 3D.[0100] In some examples, which are not part of the invention, the geometry of the scanned surface itself can be used as a reference for the position of the non-contact surface scanner 40 itself in 3D space.

[0101] El sistema ilustrado también comprende una parte 42 de análisis. La parte 42 de análisis está en comunicación con el escáner 40 de superficie sin contacto a través de un enlace de comunicación cableado o inalámbrico. En una realización, al menos partes de la parte 42 de análisis pueden estar comprendidas en el escáner 40 de superficie sin contacto. La parte 42 de análisis comprende un procesador 43 adaptado para procesar datos de medición del escáner 40 de superficie sin contacto para cada una de la pluralidad de subáreas para crear una medición de geometría de superficie 3D del área 45 de interés, y por lo tanto de la superficie a evaluar. La medición de la geometría de la superficie 3D se puede procesar para evaluar las características de la superficie y también puede crear una imagen de la superficie para su evaluación y referencia posterior.[0101] The illustrated system also comprises an analysis part 42. The analysis part 42 communicates with the non-contact surface scanner 40 via a wired or wireless communication link. In one embodiment, at least portions of the analysis part 42 may be comprised within the non-contact surface scanner 40. The analysis part 42 comprises a processor 43 adapted to process measurement data from the non-contact surface scanner 40 for each of the plurality of sub-areas to create a 3D surface geometry measurement of the area 45 of interest, and thus of the surface to be evaluated. The 3D surface geometry measurement can be processed to evaluate surface features and can also create an image of the surface for further evaluation and reference.

[0103] En una realización, la parte de análisis puede proporcionar una evaluación de si se debe proceder o no. De esta manera, un operador puede recibir un mensaje de continuar o no continuar después de realizar el escaneo, lo que le permite o no continuar con la parte del cable.[0103] In one implementation, the analysis portion can provide an assessment of whether to proceed or not. In this way, an operator can receive a continue or do not continue message after performing the scan, allowing or preventing them from proceeding with the cable portion.

[0105] El criterio para proporcionar una evaluación de aprobación o no aprobación puede basarse en una selección de criterios. Los criterios se pueden seleccionar dependiendo del tipo de pieza de cable a escanear, el tipo de escáner sin contacto utilizado y el propósito del escaneo. Ejemplos de criterios son: un umbral de variación de altura, un umbral de derivada de superficie, un umbral de onda de pelado y/o al menos uno de un área de un corte, una profundidad de un corte y una pendiente de un corte.[0105] The criteria for providing a pass/fail assessment may be based on a selection of criteria. The criteria may be selected depending on the type of cable piece being scanned, the type of non-contact scanner used, and the purpose of the scan. Examples of criteria are: a height variation threshold, a surface derivative threshold, a stripping wave threshold, and/or at least one threshold for a cut area, a cut depth, and a cut slope.

[0107] Para los escáneres láser, los criterios pueden incluir control macrogeométrico, alineación y curvatura del objeto, planitud, pendiente/derivada macro, altura macro/indentación, ovalidad, tamaño y etapas mayores.[0107] For laser scanners, criteria may include macrogeometric control, object alignment and curvature, flatness, macro slope/derivative, macro height/indentation, ovality, size, and major stages.

[0109] Para la perfilometría óptica, los criterios pueden comprender derivadas, altura, parámetros de rugosidad y/o factor de mejora de campo calculado localmente (FEF).[0109] For optical profilometry, the criteria may include derivatives, height, roughness parameters and/or locally calculated field improvement factor (FEF).

[0111] Se pueden emplear criterios adicionales después de un procesamiento adicional de los datos de medición de la geometría de la superficie 3D. El procesamiento posterior puede ser, por ejemplo, la nivelación y clasificación de los datos. Otros ejemplos de criterios son las derivadas locales, la indentación local y el nivel de ruido.[0111] Additional criteria can be applied after further processing of the 3D surface geometry measurement data. Further processing might include, for example, leveling and classifying the data. Other examples of criteria include local derivatives, local indentation, and noise level.

[0112] La unidad de análisis puede utilizar lo anterior para identificar las peores regiones del área de interés, como cortes, mellas, rayones, escalones más profundos, por ejemplo, mediante el método de elementos finitos (FEM). El método puede calcular el FEF calculado localmente y el voltaje de inicio de descarga parcial (PDIV) calculado localmente.[0112] The analysis unit can use the above to identify the worst regions of the area of interest, such as cuts, nicks, scratches, and deeper steps, for example, using the finite element method (FEM). The method can calculate the locally calculated FEF and the locally calculated partial discharge start voltage (PDIV).

[0114] En una realización, la parte 42 de análisis está adaptada para transmitir la medición de la geometría de la superficie 3D a un dispositivo 44 de almacenamiento como un mapa topográfico 3D del área 45 de interés. La parte 42 de análisis está en comunicación con el dispositivo 44 de almacenamiento a través de un enlace de comunicación cableado o inalámbrico. El dispositivo 44 de almacenamiento puede estar en un servidor local o en un servidor en la nube. El mapa topográfico 3D de la superficie 5 del cable 1 en el servidor 44 podrá ser accesible para usuarios y clientes para futura referencia del sistema de cable.[0114] In one embodiment, analysis part 42 is adapted to transmit the 3D surface geometry measurement to a storage device 44 as a 3D topographic map of the area 45 of interest. Analysis part 42 communicates with the storage device 44 via a wired or wireless communication link. The storage device 44 may be on a local server or a cloud server. The 3D topographic map of the surface 5 of cable 1 on the server 44 will be accessible to users and clients for future cable system reference.

[0116] La Figura 2 ilustra una vista detallada del extremo de un cable de alto voltaje y, por lo tanto, también la composición de un cable de alto voltaje. Como se muestra, en un extremo 1 de un cable de alto voltaje a modo de ejemplo. Al final se han eliminado el protector 9 exterior, el protector 8 de plomo, las cintas 7 de hinchamiento y la pantalla 6 semiconductora exterior, dejando el conductor 2, la pantalla 3 semiconductora interior y el aislamiento 4. La superficie 5 del aislamiento 4 se puede inspeccionar para garantizar que no haya irregularidades, antes de deslizar sobre ella un componente accesorio de un cable de alto voltaje, tal como una junta de alto voltaje, una terminación para el cable o una junta de goma.[0116] Figure 2 illustrates a detailed view of the end of a high-voltage cable and, therefore, also the composition of a high-voltage cable. As shown, one end 1 of a high-voltage cable is shown as an example. The outer shield 9, lead shield 8, swelling tapes 7, and outer semiconducting screen 6 have been removed, leaving the conductor 2, inner semiconducting screen 3, and insulation 4. The surface 5 of the insulation 4 can be inspected for irregularities before sliding an accessory component of a high-voltage cable, such as a high-voltage joint, cable termination, or rubber gasket, onto it.

[0118] La Figura 3 ilustra un ejemplo de un aislante epóxico de alto voltaje. Se puede realizar un escaneo 3D empleando un escáner láser 3D u otro escáner sin contacto para determinar la geometría del aislador del cable de alto voltaje, por ejemplo, para comparar con las tolerancias aceptables para diferentes partes y las desviaciones de las mismas. La geometría 3D escaneada se puede comparar con un dibujo 3D de la parte del cable de interés para evaluar el cumplimiento o para revelar si las desviaciones son demasiado grandes para aceptarlas, proporcionando así una base para una evaluación de aprobación o no aprobación. En el caso de los aisladores epóxicos, se pueden escanear la superficie 23 interior, la superficie 21, 22, exterior, varias piezas intermedias 24 y los componentes de las piezas que se conectan entre el alto voltaje y la tierra en el componente. La precisión del escaneo puede ser de 0.025 mm, aunque no está limitada a eso.[0118] Figure 3 illustrates an example of a high-voltage epoxy insulator. A 3D scan can be performed using a 3D laser scanner or other non-contact scanner to determine the geometry of the high-voltage cable insulator, for example, to compare it with acceptable tolerances for different parts and any deviations from them. The scanned 3D geometry can then be compared with a 3D drawing of the cable portion of interest to assess compliance or to reveal whether deviations are too large to be acceptable, thus providing a basis for an approval or non-approval assessment. In the case of epoxy insulators, the inner surface 23, the outer surface 21, 22, various intermediate parts 24, and the components of the parts that connect between the high voltage and ground in the component can all be scanned. The scan accuracy can be 0.025 mm, although it is not limited to that.

[0120] La figura muestra un aislante epóxico con dimensiones 1.5 mx00.6 m, que se utiliza, por ejemplo, en un sistema GIS de 420 kVAC o hasta 525 kVDC. Las superficies por escanear abarcan las superficies internas y externas de las piezas epóxicas que se conectan entre HV y tierra en este componente. Sin embargo, el mismo método se puede utilizar para otros espaciadores aislantes moldeados dentro de GIS o ensamblajes de dispositivos de cables rellenos de aceite, tubos aislantes (con o sin protectores para la lluvia) utilizados para alojar las terminaciones exteriores u otros espaciadores aislantes en entornos de aceite, aire y GIS.[0120] The figure shows an epoxy insulator with dimensions 1.5 m x 0.6 m, used, for example, in a 420 kVAC or up to 525 kVDC GIS system. The surfaces to be scanned encompass the internal and external surfaces of the epoxy pieces that connect between HV and ground in this component. However, the same method can be used for other insulating spacers molded within GIS or oil-filled cable device assemblies, insulating tubes (with or without rain guards) used to house external terminations, or other insulating spacers in oil, air, and GIS environments.

[0121] El escaneo se puede realizar en la superficie 23 interna y en la superficie 21, 22 externa por separado. Por ejemplo, para comenzar se puede realizar un escaneo sobre las superficies 23 internas. El escáner láser 3D puede proyectar un patrón láser rayado sobre la superficie interior del aislante epóxico, por ejemplo, girando el aislante y asegurándose de que toda la superficie interior del aislante sea escaneada y cubierta por el escáner. Si el escáner es un dispositivo portátil, el escáner se puede mover para cubrir toda la superficie.[0121] The scan can be performed on the inner surface 23 and the outer surfaces 21 and 22 separately. For example, to begin, a scan can be performed on the inner surfaces 23. The 3D laser scanner can project a striped laser pattern onto the inner surface of the epoxy insulation, for example, by rotating the insulation and ensuring that the entire inner surface of the insulation is scanned and covered by the scanner. If the scanner is a portable device, it can be moved to cover the entire surface.

[0123] En la segunda etapa, se puede realizar un escaneo en la superficie 21, 22 exterior del aislante. Durante este procedimiento, similar al escaneo de la superficie interna, el aislador o el escáner se pueden rotar y ajustar para garantizar que toda la superficie 21 externa esté cubierta por el escaneo.[0123] In the second stage, a scan can be performed on the outer surface 21, 22 of the insulator. During this procedure, similar to the scan of the inner surface, the insulator or the scanner can be rotated and adjusted to ensure that the entire outer surface 21 is covered by the scan.

[0125] La siguiente etapa es ejecutar un algoritmo de procesamiento posterior en los datos escaneados que detecta y resalta cualquier irregularidad para poder establecer un criterio de aprobación o no aprobación, así como también un informe de inspección. Esto se puede realizar por medio de un procesador, por ejemplo, la parte 42 de análisis descrita en la figura 1, que está adaptada para proporcionar una medición de geometría de superficie 3D que se puede transmitir a un dispositivo 44 de almacenamiento como un mapa topográfico 3D. El mapa topográfico 3D de la superficie 5 del cable 1 en el servidor 44 podrá ser accesible para usuarios y clientes para futura referencia del sistema de cable.[0125] The next step is to run a post-processing algorithm on the scanned data that detects and highlights any irregularities in order to establish approval or disapproval criteria, as well as generate an inspection report. This can be done using a processor, for example, the analysis part 42 described in Figure 1, which is adapted to provide a 3D surface geometry measurement that can be transmitted to a storage device 44 as a 3D topographic map. The 3D topographic map of the surface 5 of cable 1 on the server 44 will be accessible to users and clients for future reference of the cable system.

[0127] En caso de que se detecte un criterio de no cumplimiento, el aislador puede procesarse posteriormente, por ejemplo, lijando y/o puliendo la superficie con irregularidades para proporcionar una superficie aceptable.[0127] In the event that a non-compliance criterion is detected, the insulator may be further processed, for example, by sanding and/or polishing the surface with irregularities to provide an acceptable surface.

[0128] El algoritmo de procesamiento posterior se puede diseñar para determinar la orientación de los defectos con respecto a la tensión del campo tangencial. Luego, los datos escaneados durante todo el ciclo de vida del producto/pieza se pueden almacenar, lo que también permite su uso en modelos gemelos digitales basados en la física.[0128] The post-processing algorithm can be designed to determine the orientation of defects with respect to the tangential field stress. The scanned data collected throughout the product/part's lifecycle can then be stored, enabling its use in physics-based digital twin models.

[0130] Los datos escaneados se pueden comparar además con los dibujos para evaluar si los aisladores cumplen con las especificaciones y se pueden comparar con escaneos anteriores para evaluar el grado de desgaste y conocer cómo el uso prolongado influye en los aisladores.[0130] The scanned data can also be compared with the drawings to assess whether the insulators meet specifications and can be compared with previous scans to assess the degree of wear and to understand how prolonged use affects the insulators.

[0132] Se puede aplicar un enfoque similar a otros tipos de objetos, piezas y equipos. Como se describió anteriormente, el seguimiento del desgaste y el control de la calidad a lo largo del tiempo de equipos como tornillos, moldes, matrices, etc., ha sido un desafío. De este modo, es posible escanear dichos elementos tal y como se ha descrito anteriormente y obtener una medición de la geometría de la superficie en 3D. La geometría de la superficie 3D se puede transportar a un mapa topográfico 3D de la superficie del equipo bajo inspección. Los datos de medición 3D se pueden analizar luego para detectar desgaste o fallas en la superficie del equipo/pieza. El análisis puede comprender:[0132] A similar approach can be applied to other types of objects, parts, and equipment. As described above, monitoring wear and quality control over time for equipment such as screws, molds, dies, etc., has been challenging. Therefore, it is possible to scan such items as described above and obtain a 3D surface geometry measurement. The 3D surface geometry can then be transferred to a 3D topographic map of the surface of the equipment under inspection. The 3D measurement data can then be analyzed to detect wear or defects on the surface of the equipment/part. The analysis may include:

[0134] • Comparar toda la geometría de la pieza inspeccionada con un escaneo realizado previamente o un dibujo 3D de la pieza bajo inspección, para distinguir cualquier cambio en la forma geométrica.[0134] • Compare the entire geometry of the inspected part with a previously performed scan or 3D drawing of the part under inspection, to distinguish any changes in geometric shape.

[0136] • Ejecutar un algoritmo que pueda detectar defectos más pequeños y realizar un control de calidad sobre ellos automáticamente[0136] • Run an algorithm that can detect smaller defects and perform quality control on them automatically

[0138] • Comparar los datos de escaneo antes y después de una operación de servicio en la pieza en cuestión, rastreando la mejora de la calidad de la superficie y geométrica, así como detectando el grado de eliminación de material durante este proceso.[0138] • Compare scan data before and after a service operation on the part in question, tracking the improvement in surface and geometric quality, as well as detecting the degree of material removal during this process.

[0140] • Para almacenar los datos escaneados para la próxima vez que se necesite reparar la pieza.[0140] • To store the scanned data for the next time the part needs to be repaired.

[0142] La Figura 4 ilustra un ejemplo de un electrodo 60 de HV dentro de un sistema GIS. Estos electrodos se pueden utilizar en componentes/aparatos/dispositivos de cables de HV llenos de gas o aceite y requieren un acabado de superficie de alta calidad, ya que cualquier nivel superior de rugosidad de la superficie puede reducir el rendimiento eléctrico y la durabilidad eléctrica del sistema.[0142] Figure 4 illustrates an example of an HV 60 electrode within a GIS system. These electrodes can be used in gas- or oil-filled HV cable components/apparatus/devices and require a high-quality surface finish, as any higher level of surface roughness can reduce the electrical performance and durability of the system.

[0144] Los electrodos de HV generalmente presentan un campo eléctrico perpendicular a la superficie, de modo que cualquier rugosidad puede crear campos locales en varios lugares a lo largo de la superficie, lo que reduce el rendimiento eléctrico a través de mayores corrientes de fuga y una menor resistencia a la ruptura de los electrodos.[0144] HV electrodes generally have an electric field perpendicular to the surface, so any roughness can create local fields in various places along the surface, reducing electrical performance through higher leakage currents and lower electrode breakdown resistance.

[0146] Para controlar este acabado de superficie, por ejemplo, para piezas suministradas por proveedores externos, es importante garantizar que se cumplan los niveles especificados de suavidad de superficie. Esto se puede hacer escaneando las superficies como se describió anteriormente y luego comparando los datos escaneados con los dibujos y las especificaciones proporcionadas por el fabricante de las piezas. La comparación puede revelar si las superficies se desvían de las especificaciones y proporcionar un criterio de aprobación o no aprobación y/o desencadenar una acción para mejorar la superficie o reemplazar el electrodo.[0146] To control this surface finish, for example, for parts supplied by external vendors, it is important to ensure that the specified levels of surface smoothness are met. This can be done by scanning the surfaces as described above and then comparing the scanned data with the drawings and specifications provided by the parts manufacturer. The comparison can reveal whether the surfaces deviate from the specifications and provide a pass/fail criterion and/or trigger action to improve the surface or replace the electrode.

[0147] La Figura 5 ilustra un perfilómetro 50 óptico. Los perfilómetros ópticos, también llamados perfiladores de superficies ópticos, son instrumentos ópticos sin contacto para medir con precisión los perfiles de superficies. Básicamente, miden la elevación de la superficie z en función de las coordenadas laterales x y y sobre un área determinada. Un perfilómetro óptico comprende una fuente 51 de luz que se divide en dos trayectorias mediante un divisor 53 de haz. Una trayectoria dirige la luz a través de una lente 54, como luz 55, sobre la superficie 56 bajo prueba, la otra trayectoria dirige la luz a un detector 52. Las reflexiones de las dos superficies se recombinan en el detector 52 del arreglo. Cuando la diferencia de trayectoria entre los haces recombinados es del orden de unas pocas longitudes de onda de luz o menos, puede producirse interferencia. Esta interferencia contiene información sobre los contornos de la superficie de la superficie de prueba. La resolución vertical puede ser del orden de varios angstroms, mientras que la resolución lateral depende del objetivo y normalmente está en el intervalo de 0.3-8 micrones.[0147] Figure 5 illustrates an optical profilometer 50. Optical profilometers, also called optical surface profilers, are non-contact optical instruments for accurately measuring surface profiles. Essentially, they measure the surface elevation z as a function of the lateral x and y coordinates over a given area. An optical profilometer comprises a light source 51 that is split into two paths by a beam splitter 53. One path directs the light through a lens 54, as light 55, onto the surface 56 under test; the other path directs the light to a detector 52. Reflections from the two surfaces are recombined in the detector 52 of the array. When the path difference between the recombined beams is on the order of a few wavelengths of light or less, interference can occur. This interference contains information about the surface contours of the test surface. Vertical resolution can be on the order of several angstroms, while lateral resolution depends on the objective and is usually in the range of 0.3-8 microns.

[0149] La Figura 6 ilustra un ejemplo de un mapa de altura resultante de un escaneo con perfilómetro óptico de una sección de escaneo de 5 x 10 mm. Luego, los datos se pueden procesar digitalmente para calcular los parámetros de rugosidad. Con base en los parámetros de rugosidad y posibles parámetros de procesamiento posterior, se puede crear un criterio de aprobación o no aprobación, así como un informe de verificación de calidad.[0149] Figure 6 illustrates an example of a height map resulting from an optical profilometer scan of a 5 x 10 mm scan section. The data can then be digitally processed to calculate roughness parameters. Based on the roughness parameters and possible further processing parameters, a pass/fail criterion and a quality verification report can be created.

[0151] La Figura 7a y 7b ilustran ejemplos de un accesorio/jig 70, 71 para proporcionar marcadores de posicionamiento utilizados durante la captura de datos de medición de geometría de superficie tridimensional (3D) de un área de interés de una superficie del cable o componente de cable moviendo un escáner de superficie 3D alrededor del cable sobre el área de interés. Como se describió anteriormente, en lugar de colocar marcadores en la propia superficie, se proporciona de acuerdo con la invención un accesorio que se puede disponer cerca de las partes de inspección, donde el accesorio comprende marcadores 3D.[0151] Figures 7a and 7b illustrate examples of an accessory/jig 70, 71 for providing positioning markers used during the capture of three-dimensional (3D) surface geometry measurement data of an area of interest on a cable surface or cable component by moving a 3D surface scanner around the cable over the area of interest. As described above, instead of placing markers on the surface itself, an accessory is provided according to the invention that can be positioned near the inspection parts, wherein the accessory comprises 3D markers.

[0153] Los dispositivos 70, 71 están diseñados para comprender una red de estructuras 72, 73 hexagonales que forman una estructura similar a un tubo que se puede disponer alrededor de la superficie a escanear. En el ejemplo de la figura 7a, el dispositivo comprende seis caras donde cada cara comprende una fila de hexágonos 72. Los marcadores están dispuestos en superficies 75 de fijación dispuestas en las esquinas de los hexágonos. Esto garantiza que haya suficientes marcadores y una distribución óptima entre los marcadores, lo que permite que haya múltiples marcadores siempre visibles desde todos los ángulos, lo que minimiza la posibilidad de perder la posición de los escáneres en relación con el objeto, lo que puede afectar negativamente la calidad de los datos. Las caras planas de los marcadores también permiten colocar fácilmente planos de recorte durante la sesión de escaneo, lo que permite la eliminación automática de datos de escaneo en el propio accesorio. Esto también permite la opción de utilizar marcadores previamente escaneados, donde el plano de recorte contiene archivos específicos para el accesorio en sí, lo que permite un tiempo de configuración rápido.[0153] Devices 70, 71 are designed to comprise a network of hexagonal structures 72, 73 forming a tube-like structure that can be arranged around the surface to be scanned. In the example in Figure 7a, the device comprises six faces, each face comprising a row of hexagons 72. Markers are arranged on mounting surfaces 75 located at the corners of the hexagons. This ensures that there are sufficient markers and an optimal distribution among them, allowing multiple markers to be visible from all angles at all times. This minimizes the possibility of losing the scanners' position relative to the object, which can negatively affect data quality. The flat faces of the markers also allow for easy placement of clipping planes during the scanning session, enabling automatic deletion of scan data on the fixture itself. This also allows for the option of using pre-scanned markers, where the clipping plane contains files specific to the fixture, enabling rapid setup time.

[0154] También son posibles otras disposiciones de la red, como otros patrones de empaquetamiento compacto inspirados en los átomos, por ejemplo, patrones triangulares, cúbicos, pentagonales o aleatorios.[0154] Other lattice arrangements are also possible, such as other atom-inspired close packing patterns, e.g., triangular, cubic, pentagonal, or random patterns.

[0156] La superficie para escanear, por ejemplo, la superficie de un electrodo u otra parte de un cable, componente de un cable o accesorio, se dispone dentro del accesorio 70 y se mantiene en su lugar por medio de elementos 74 de soporte. Los elementos 74 de soporte están dispuestos en esta realización en ambos extremos del accesorio 70, pero en otras realizaciones puede haber más o menos elementos de soporte. Los elementos 74 de soporte en este ejemplo están dispuestos como pernos que se extienden hacia adentro y que tienen una cara de soporte en el extremo más alejado del perno. La cara de soporte puede entrar en contacto con la parte del cable que se va a escanear. Los pernos se pueden ajustar para garantizar una distancia óptima entre los marcadores y la superficie en el accesorio, de modo que ambos aparezcan dentro del alcance y la línea de visión del escáner.[0156] The surface to be scanned, for example, the surface of an electrode or another part of a cable, cable component, or fitting, is disposed within the fitting 70 and held in place by support elements 74. In this embodiment, the support elements 74 are arranged at both ends of the fitting 70, but in other embodiments, there may be more or fewer support elements. The support elements 74 in this example are arranged as inwardly extending bolts, each having a bearing face at the end furthest from the bolt. The bearing face may come into contact with the portion of the cable to be scanned. The bolts may be adjusted to ensure an optimal distance between the markers and the surface on the fitting, so that both appear within the reach and line of sight of the scanner.

[0158] En este ejemplo se disponen seis elementos 74 de soporte, cada uno de ellos extendiéndose desde una de las caras que forman el accesorio. De esta manera la parte del cable quedará fijada de forma segura en el accesorio, minimizando así el movimiento entre la estructura, los marcadores y la parte del cable en ella. Esta es una característica importante, ya que cualquier movimiento durante el escaneo afectaría seriamente la calidad de los datos. En otras realizaciones pueden disponerse más o menos de seis elementos de soporte, adaptados en cada caso a las exigencias de cada uso específico.[0158] In this example, six support elements 74 are arranged, each extending from one of the faces of the accessory. This securely fixes the cable portion within the accessory, minimizing movement between the structure, the markers, and the cable portion. This is an important feature, as any movement during scanning would seriously affect data quality. Other embodiments may have more or fewer than six support elements, adapted to the specific requirements of each application.

[0160] Los elementos de soporte pueden disponerse de manera que cada uno tenga la misma longitud, desde el punto que los une al accesorio hasta el extremo más alejado. Se pueden utilizar otras disposiciones que garanticen que la parte del cable quede centrada en el accesorio.[0160] The support elements may be arranged so that each one has the same length, from the point where it joins the fitting to the furthest end. Other arrangements may be used that ensure that the cable portion is centered on the fitting.

[0162] El accesorio se puede realizar con una apariencia de superficie negra mate sobre el accesorio para minimizar el deslumbramiento.[0162] The accessory can be made with a matte black surface appearance over the accessory to minimize glare.

Claims

1. CLAIMS

1. A method for inspecting surfaces and/or interfaces of high-voltage and/or medium-voltage cable components, comprising:

a) capturing and storing a set of three-dimensional, 3D, surface geometry measurement data of an area of interest of a cable component surface by moving a 3D surface scanner over the area of interest, wherein devices (70, 71) forming a tube-like structure are arranged around the surface to be scanned to capture the 3D surface geometry measurement data, said devices comprising a network of hexagonal structures (72, 73) providing positioning markers or other atom-inspired compact packing patterns providing positioning markers;

b) inspect the 3D surface geometry measurement data captured in step a) to determine the smoothness of the surface scanned by the 3D surface scanner, and

c) Compare the smoothness with the threshold data to provide a quality report of the surface scanned by the 3D surface scanner.

2. A method according to claim 1, wherein the measurement data of the 3D surface geometry are represented by a data point cloud, wherein the data points in the data point cloud can be further processed to provide a representation of the cable component.

3. A method according to claim 1 or 2, comprising repeating step a) and wherein the 3D surface geometry measurement data sets from each repeated step are merged to obtain a complete 3D map of a damaged section of the cable component.

4. A method according to one of the preceding claims, wherein the inspection comprises measuring the roughness of the scanned surface.

5. A method according to one of the preceding claims, wherein step b) comprises measuring irregularities contained in the surface scanned by the 3D surface scanner.

6. Method according to one of the preceding claims, wherein the area of interest is the surface of a sub-part of the cable component prior to assembly of the cable component.

7. A method according to any of the preceding claims, comprising identifying differences between the area of interest of the cable component surface and a 3D drawing of the area of interest of the cable component surface by comparing the measurement data of the 3D surface geometry of the area of interest with the 3D drawing of the area of interest and marking the differences in the measurement data of the 3D surface geometry to produce a deviation map.

8. System for inspecting surfaces and/or interfaces of high voltage and/or medium voltage cable components, the system comprising:

- a non-contact surface scanner (40) for capturing at least one set of 3D surface geometry measurement data of an area (45) of interest of the cable component by moving the non-contact surface scanner over the area of interest, and comprising devices (70, 71), wherein said devices (70, 71) form a tube-like structure arranged around the surface to be scanned for capturing the 3D surface geometry measurement data, said devices comprising a network of hexagonal structures (72, 73) providing positioning markers or other atom-inspired compact packing patterns providing positioning markers;

- a memory unit (44) for storing multiple 3D surface geometry measurement data of the area of interest,

- a processor (43) connected to the non-contact surface scanner, configured to inspect the captured 3D surface geometry measurement data to determine the smoothness of the surface scanned by the surface scanner, and

Compare the smoothness with the threshold data to provide a quality report of the surface scanned by the surface scanner.

9. A system according to claim 8, wherein several sets of 3D surface geometry measurement data are merged to obtain a complete 3D map of a damaged section of the cable component.

10. A system according to claim 8 or 9, wherein the inspection comprises measuring the roughness of the surface scanned by the surface scanner.

11. A system according to any one of claims 8-10, wherein the inspection comprises measuring irregularities contained in the surface scanned by the surface scanner.

12. A method according to claim 1, further comprising:

- compare the 3D surface geometry measurement data captured from step a) with a previously stored set of 3D surface geometry measurement data or a 3D drawing of the cable component, and

- record any differences in a quality report of the inspected surface.

13. Method according to claim 12, comprising marking the differences in the 3D surface geometry measurement data to produce a deviation map.

14. Method according to claim 12 or 13, comprising storing the 3D surface geometry measurement data for the next time the cable component is to be serviced.